1引言

在現代制造業中，微小孔加工的數量日益增多，對其加工質量的要求也越來越高。因此，微小孔的高效、高質量、低成本加工已成為現代制造技術中一項極為重要的研究課題。振動鉆削新工藝融振動理論和切削理論于一體，改變了傳統鉆削中刀具與工件之間的時空關系和鉆削機理，其良好的工藝效果已引起國內外普遍關注。但有關振動鉆削的理論和實驗研究工作尚處于起步階段，還存在大量需要探討的理論問題和亟待開發的實用技術。

振動鉆削過程中的鉆削力是直接影響鉆頭壽命和鉆孔質量的重要因素。由于振動鉆削微小孔時產生的鉆削力非常小且不易測量，因而在一定程度上阻礙了對微小孔振動鉆削機理的研究。為此，我們研制開發了高靈敏度、高精度的微小孔鉆削力測量系統。有了鉆削力測試手段，就可對微小孔振動鉆削的力學特性進行理論與實驗研究，深入探討微小孔的振動鉆削機理，促進微小孔振動鉆削工藝的進一步發展。

由于鉆頭的幾何形狀比較復雜，所以構建振動鉆削的力學模型尤為復雜。迄今，根據切削力學構建振動鉆削力學模型方面的研究還不多見，且一些研究結果對理論模型作了過多簡化，很難與實驗結果準確吻合。在實際鉆削加工中通常使用經驗公式來計算鉆削力。由于振動鉆削力受振動頻率、振幅、進給量等的影響并存在交互作用，故建立切削力經驗公式的傳統方法不適用于振動鉆削。為此，本文采用多元正交多項式回歸實驗來建立鉆削力關于頻率、振幅、進給量的非線性回歸方程。

2微小孔鉆削測力儀的結構設計

典型的鉆削測力儀結構主要有薄壁圓筒式和桁架立式變形筋式。薄壁圓筒式結構的測力儀外形較高，抗偏心載荷及側向力的能力較差，對力作用點位置較敏感。桁架立式變形筋式結構用于大、中量程的鉆削測力儀時性能較好，但用于測量微小孔鉆削力時其靈敏度不易達到要求。輪輻式彈性體可同時用于測量軸向力和扭矩，具有優良的自然線性度，受力時位移較小，對力作用點位置不敏感，儀器外形較低，可承受較大側向力，且結構簡單，安裝方便，普遍用于中等量程的高精度傳感器中。當用于小量程傳感器時，由于彈性體幾何尺寸較小，加工和裝配均較困難。

在黃銅材料工件上鉆削Ø0.5mm孔時，產生的軸向力約為6N，扭矩小于1N·mm。測量如此小的力，測力儀必須具有極高靈敏度。若采用輪輻式彈性體，彈性體厚度必須很小(約0.3mm)；若采用整體式結構，其加工工藝性很差，難以達到要求的精度。為解決這一問題，我們采用了高強度結構膠粘接的裝配式結構，即將彈性體分為四個單獨的彈性薄片分別加工，再用高強度結構膠粘接為一體(本測力儀所受載荷不大，粘接處強度可滿足要求)。這樣，彈性體較易加工，且可保證所需精度，從而解決了測力儀靈敏度與結構及加工性之間的矛盾。研制的輪輻式鉆削測力儀可達到很高靈敏度，并具有較好加工性，其結構如圖1所示。